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光学零件和光路系统能不能微型化呢?完全能。
不过,集成光学元器件的制作,集成光路的构成,与普通的光学零部件和光路系统是不同的。
集成光路是以薄膜形式构成的微形光学系统。
在这样的系统中,采用一些特殊的技术方法,将具有发光、放大、调制、耦合、传输等功能的器件都制成薄膜的光波波导形式,而光波是作为被导引的波在薄膜中传播的。
通过控制薄膜厚度、波导宽度、波导与周围介质之间的折射率之差形成的各种光波波导,都具有独特的结构和传播速度,因而有不同的功能。
例如,在薄膜上做出一个凸透镜形状的膜层宽厚的区域,当光波通过时,光速在这个区域的边缘前进得较快,往中心去,光速随着膜层增厚而减慢,因而产生光束的会聚作用,成为薄膜凸透镜。
反之,在薄膜上做成一个凹透镜形状的膜层窄薄的区域,当光波通过时,光速在这个区域的边缘前进得较慢,往中心去,光速随着膜层的减薄而加快,因而产生光束的发散作用,成为薄膜凹透镜。
这种薄膜透镜,就好像是从普通光学透镜上切下的一个薄片。
采取这样的方式,也可以制成薄膜棱镜、薄膜激光器、薄膜调制器、薄膜光开关、薄膜探测器等光电子器件,彼此以薄膜耦合器和薄膜光波导连接起来,从而构成一种具有一定功能的完整的微型光学系统。
将所需要的几种器件都做在同一块公共的衬底基片上面,就成为单片集成光路;而将多种器件制作在不同材料的衬底基片上面,然后再外接到一起,则成为混合集成光路。
集成光路系统比起普通光学系统来,具有许多优点,它体积小、重量轻、功耗低、效率高,易于屏蔽和绝缘,性能稳定而可靠,使用轻便又经济,有利于制作大规模的光电子系统。
集成光路在光纤通信、光计算机、信息处理、图像显示和文件图片扫描等方面,都有重要的实际应用和广阔的发展前景。
目前,集成光路的研究、试验不断取得新成果,已经进入实用阶段,并且将会取得新的重大突破。
一系列的集成光路通信设备和集成光学元器件的研制成功,必定加速光纤通信和光子计算机的发展和成熟。
人们利用集成光路,制成声—光和光—声的变换器。
在光纤通信设备中,在发送端将声音、图像直接变成光信号通过光纤传输,在接收端再将光信号直接变成声音、图像信号;并采用米粒那么大小的中继器,它就像接力赛跑的中间运动员将棒接过来又传下去那样,使通信的中继距离扩大,或者,传送的声音和图像经过光扫描和连续化,加上光导纤维的光能损耗进一步降低,于是,人们完全抛开电通信系统,实现大容量远距离的全光通信。
人们利用集成光路,即把激光器、开关、调制、滤波、放大等功能的元件集成在一起的微型光学器件,用于制造计算机,研制成全部由光子器件构成的光数字计算机。
这种光数字计算机具有特高运算速度和特大信息存储量,而且使用起来稳定可靠,是人类最理想的计算机。
在未来的日子里,电子必将让贤给光子,今天的电子计算机作为光子计算机的先驱将走进历史博物馆,到那时,将是光子计算机大显身手的时代。
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